水热法合成LIFEPO4粉体的研究.docVIP

本 科 生 毕 业 设 计（论 文） 题目： 水热法合成LiFePO4粉体的研究 姓 名： ****** 学 号： ************ 指导教师： ****** 班 级： ******* 所在院系： 材料科学与工程学院 1 文献综述 1的性能、应用及前景, 成为目前综合性能好的理想能源,取得了飞速发展。锂离子电池的应用领域不断扩大, 已经渗透到包括移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等民用以及军事应用领域。在国内外也竞相开发电动汽车、航天和储能等方面所需的大容量锂离子电池。锂离子电池做为可充电电池具有自身的优势：工作电压高（单体电池容量可达3.6-3.8V，是铅酸电池的5倍，镉-镍、氢-镍的3倍）、体积小（比氢-镍电池小3.0%）、质量轻（比氢-镍电池轻50%）、比能量高（180Wh.kg-1，是镉-镍电池的2～3倍，镍-氢电池的1～2倍）、无记忆效应、无污染、自放电小以及循环寿命长、安全稳定[1]，是新一代绿色环保电源，与太阳能电池、燃料电池并称为21世纪发展的理想能源[2]。 锂离子电池的主要组成部分是嵌锂化合物正极材料。正极材料在锂离子电池中占有较大比例, 正极材料的质量, 决定了锂离子电池产品的性能指标, 锂离子电池正极材料已成为制约我国高性能锂离子电池发展的瓶颈。因此, 寻找开发具有高电压、高比容量和良好循环性能的锂离子电池正极材料是此领域重要研究内容 。锂离子电池一般选用过渡性金属氧化物为正极材料。过渡金属存在混合价态, 电子导电性比较理想, 而且不易发生歧化反应。而具有橄榄石晶体结构的LiFePO4 与同类电极材料相比, LiFePO4 具备更安全, 更环保, 更廉价的优势 。被认为是锂离子电池理想的正极材料。据统计，锂离子电池由于其具有高的能量密度和可以根据实际情况自由设计的优点，使其在世界范围内的便携式电池的应用中占有63%的市场份额，并且随着对其研究的不断深化及改进，以及具有更大电池容量单体电池的成功制备，可以肯定，在不久的将来，锂离子电池不但将在便携式电池领域占有越来越重要的地位，并将在大型的以高能二次电池为动力的电动汽车和以燃油和电池为动力的混合电动汽车以及航空航天等大型储能设备中得到应用[5]。与LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等正极材料相比，橄榄石结构的LiFePO4有如下优点： (1)在橄榄石结构中，所有阳离子与P5+通过强的共价键结合形成(PO4)”，即便是在全充态，O原子也很难脱出，提高了材料的稳定性和安全性； (2)LiFePO4的理论比容量为170mAh·g-1，在小电流充放电下实际比容量可以达到140mAh·g-1以上，并且结构不被破坏，与LiCoO2的比容量相当； (3)由于其氧化还原对为Fe3+/Fe2+，当电池处于充满电时与有机电解液的反应活性低，因此安全性能好； (4)当电池处于充满电时，正极材料体积收缩6.8％，刚好弥补了碳负极的体积膨胀，循环性能优越。 1.2 锂离子电池 1.2.1 锂离子电池发展简介 锂离子电池的研究始于20世纪80年代。1980年阿曼德提出了“摇椅电池”概念后，日本SONY和SANYO公司分别于1985年和1988年开始了锂离子二次电池，均采用可供锂离子自由嵌脱的活性物质，聚合物为电解质。简称LIB的研究。这种电池的正负极并以适合于Li+迁移的锂盐溶液或固体1990年，日本Nagaura等人首先提出了以石油焦材料为负极的锂离子电池体系：LiC6LiClO4-PC+EC/ LiCoO2,这种体系中锂离子能够在石油焦中自由地嵌入迁出，从而克服了锂电池的钝化和锂枝晶短路问题，大大提高了电池的充放电效率、循环寿命和安全性能，同时还保留了锂蓄电池的工作电压高、容量大的特性。同年，日本SONY公司向世界宣布：电压3．6V，比能量78Wh·kg-1和192Wh·L-1，循环寿命1200次，月自放电率为12％的锂离子电池的研制成功。这条消息使锂电池界感到震动，从而掀起了世界范围内锂离子电池的研究热潮。1996年美国Bellcore公司公开报导了一种采用聚偏氟乙烯(PVDF)凝胶聚合物电解质制造成的聚合物锂离子电池。这种电池由于其重量轻、安全性高而受到人们的青睐；此外，它还可以设计成任意形状，且可以不用金属外壳，适合作为各类电子设备的支撑电源M．Gauthier等人对聚合物锂离子电池在不同温度下做了六年以上的贮存实验，发现在低于40℃下几乎没有显著的自放电现象。基于这些认识，国际上一些著名的集团和企业，如美国的USABC、3M，法国的CNRS和日本的SONY等纷纷致力于聚合物锂电